各類鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件高速切削加工過程的研究

鈦合金是繼鐵、鋁之后的第三金屬材料，由于鈦合金具有無磁性、抗腐蝕性好、熱強度高、質(zhì)量輕等優(yōu)點，最初它在美國的航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用中占有很重要的地位。隨后世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，并相繼對其進行了研究開發(fā)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、人民的日常生活中。鈦合金在生物醫(yī)學(xué)方面有應(yīng)用，鈦合金在民用領(lǐng)域方面有應(yīng)用：鈦合金在自行車行業(yè)、汽車行業(yè)及體育行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。鈦合金制品應(yīng)用勢頭發(fā)展迅猛的另一行業(yè)是汽車業(yè)。研發(fā)直現(xiàn)今，汽車發(fā)動機氣門、曲軸、連桿、懸簧、消音器和車體等，都用上了鈦或鈦合金。

鈦合金的組織和性能。根據(jù)退火處理后鈦合金的金相組織分，鈦合金可分為α、（α+β）、β鈦合金三類（PCBN高速切削鈦合金實驗研究）。
（1）α鈦合金
退火組織為單一α相固溶體的鈦合金稱為a鈦合金。a鈦合金主要以添加含有a穩(wěn)定元素Al和中性元素，基本上不含或僅含少量的β穩(wěn)定元素。廣義上的a鈦合金包括平衡狀態(tài)下含有很少β相的近a鈦合金。a鈦合金的特點是組織穩(wěn)定，高溫性能好，熱穩(wěn)定性好，是耐熱鈦合會的基礎(chǔ)。但由于其不能承受熱處理強化，因此室溫下強度不是很高。
（2）β鈦合金
從β區(qū)淬火后能將高溫的β-Ti穩(wěn)定至室溫即得到β鈦合金或介β鈦合金。廣義上的β鈦合金包含平衡狀態(tài)下不含α相的全β鈦合金、具有較少α相的介穩(wěn)定β鈦合金以及具有較多α相的近β鈦合金。由于β鈦合金體的心立方晶格結(jié)構(gòu)，滑移系多，易產(chǎn)生塑性變形，高溫組織穩(wěn)定性差。
（3）α+β鈦合金
α+β鈦合金是以α相為基體，添加適當(dāng)?shù)摩路€(wěn)定元素，一般也稱為雙相鈦合金。兩相鈦合金具有較好的綜合力學(xué)性能，強度高于α鈦合金，同時又保留了α鈦合金的耐熱性，可進行熱處理強化，熱加工性好。但該類鈦合金組織穩(wěn)定性相對α鈦合金較差，α+β鈦合金中低β相含量的焊接性能良好，β相含量的越多，焊接性能會越差。

鈦合金切削加工的特點。鈦合金按其性能特點，可分為耐熱鈦合金、高強度鈦合金、中強度鈦合金、低強度高塑性鈦合金等。鈦合金所具有的一系列物理和化學(xué)性能給車削鈦合金帶來了很多困難，
（1）鈦合金的熱導(dǎo)率很低，切削產(chǎn)生的熱量不易散出。鈦合金的車削過程是一個非線性大應(yīng)變的過程，會產(chǎn)生大量的熱量，在加工時所產(chǎn)生的高熱量不能有效擴散，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，刀刃軟化，加快刀具磨損。
（2）鈦合金的化學(xué)性能很大。一方面，高溫下，鈦合金很容易與刀具材料起反應(yīng)加速了月牙洼的形成。但是鈦合金的切削過程基本上是在高溫下進行的。另一方面，在較高的切削溫度下，鈦合金容易和空氣中的氧和氮產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成脆而硬的外皮，再加上切削過程中的工件已加工表面產(chǎn)生的塑性變形也會造成表面硬化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為冷硬現(xiàn)象。冷硬現(xiàn)象不僅降低鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件的疲勞強度，而且加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個重要特點。
（3）變形系數(shù)小。這是鈦合金切削加工的顯著性特點，變形系數(shù)小于或者接近于l。在加工過程中，切屑與前刀面接觸的面積太大，切屑在前刀面上滑動的距離太長，大大增加了刀具的磨損，同時也提高了切削區(qū)的溫度。
（4）刀具易磨損。毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等工藝處理后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，所以切除硬皮成為鈦合金切削過程中最困難的工序。另外，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強，容易出現(xiàn)切削溫度高和單位面積上切削力大，刀具上容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。

在鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件切削加工過程中的，阻礙其廣泛使用的主要原因是鈦合金加工的高成本。因為鈦合金材料比較昂貴，加工又很困難，加工鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件的刀具比加工普通的材料的刀具要求高太多，特別是在高速切削加工過程和精加工過程中，刀具的要求非常的高，但最后的鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件的切削用量不高，加工的成本太高。在我國高性能專用機床、刀具的國產(chǎn)化程度比較低，鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件車削過程中的切削用量的選擇也很不合理，嚴(yán)重制約了我國鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件切削加工水平的提高。歸根結(jié)底，鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件高速切削加工的基礎(chǔ)理論和工藝規(guī)范不夠完善，導(dǎo)致高性能機床和刀具無法充分發(fā)揮其效能，制約了鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件高速切削技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用。因此深入研究鈦合金高速切削的機理，并優(yōu)化工藝參數(shù)，是提高鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件加工工藝水平的主要措施之一。